BÀI 7. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Hình 7.1 cho thấy một người đang bơm xe đạp, mỗi động tác đẩy pit-tông xuống ứng với một lượng không khí đang được đưa vào trong săm xe. Trong quá trình bơm, tất cả các thông số trạng thái: thể tích, áp suất, nhiệt độ và cả lượng không khí trong săm xe thay đổi. Sự thay đổi của các thông số này tuân theo quy luật nào?

Giải nhanh:

Tuân theo phương trình trạng thái khí lý tưởng.

1. KHÍ LÍ TƯỞNG

2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG

Thảo luận 1: Quan sát Hình 7.2, thảo luận và thực hiện các nhiệm vụ sau:

a) Khối khí biến đổi trạng thái (1) → (1’) theo quá trình nào? Viết biểu thức liên hệ giữa p₁, V₁ và p₂, V’.

b) Khối khí biến đổi trạng thái (1’) → (2) theo quá trình nào? Viết biểu thức liên hệ giữa V’, T₁ và V₂, T₂.

c) Từ hai biểu thức ở câu a và b, thiết lập mối liên hệ giữa p₁, V₁, T₁ và p₂, V₂, T₂.

Giải nhanh:

a) Từ (1) → (1’) là quá trình đẳng nhiệt. 

Theo định luật Boyle: p₁V₁ = p₂V’

b) Từ (1’) → (2) là quá trình đẳng áp.

Theo định luật Charles: BÀI 7. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG

MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Hình 7.1 cho thấy một người đang bơm xe đạp, mỗi động tác đẩy pit-tông xuống ứng với một lượng không khí đang được đưa vào trong săm xe. Trong quá trình bơm, tất cả các thông số trạng thái: thể tích, áp suất, nhiệt độ và cả lượng không khí trong săm xe thay đổi. Sự thay đổi của các thông số này tuân theo quy luật nào?

Giải nhanh:

Tuân theo phương trình trạng thái khí lý tưởng.

1. KHÍ LÍ TƯỞNG

2. PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG

Thảo luận 1: Quan sát Hình 7.2, thảo luận và thực hiện các nhiệm vụ sau:

a) Khối khí biến đổi trạng thái (1) → (1’) theo quá trình nào? Viết biểu thức liên hệ giữa p₁, V₁ và p₂, V’.

b) Khối khí biến đổi trạng thái (1’) → (2) theo quá trình nào? Viết biểu thức liên hệ giữa V’, T₁ và V₂, T₂.

c) Từ hai biểu thức ở câu a và b, thiết lập mối liên hệ giữa p₁, V₁, T₁ và p₂, V₂, T₂.

Giải nhanh:

a) Từ (1) → (1’) là quá trình đẳng nhiệt. 

Theo định luật Boyle: p₁V₁ = p₂V’

b) Từ (1’) → (2) là quá trình đẳng áp.

Theo định luật Charles:

c) Từ hai biểu thức ở câu a và b →

Thảo luận 2: Kết quả câu thảo luận 1 có thay đổi không nếu cho khối khí biến đổi từ trạng thái 1 sang trạng thái 2 thông qua trạng thái trung gian 1’’ theo trình tự: biến đổi đẳng áp, sau đó biến đổi đẳng nhiệt.

Giải nhanh:

Từ (1) → (1’’) là quá trình đẳng áp (p₁ = p’’) →

Từ (1’’) → (2) là quá trình đẳng nhiệt (T’’ = T₂) → p₁V’’ = p₂V₂

Từ 2 biểu thức trên →

Vậy, kết quả câu thảo luận 1 không thay đổi

3. VẬN DỤNG PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI CỦA KHÍ LÍ TƯỞNG

Thảo luận 3: Áp dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng, thiết lập mối liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ tuyệt đối của khí trong quá trình đẳng tích. Vẽ phác đồ thị đường đẳng tích trong hệ tọa độ V - T.

Giải nhanh:

Phương trình trạng thái của khí lí tưởng là:

Trong quá trình đẳng tích: V₁ = V₂

Rút gọn V ở cả 2 vế của phương trình trạng thái khí lí tưởng

→ Khi V = hằng số thì

Luyện tập: Một chiếc lốp ô tô chứa không khí có áp suất tiêu chuẩn do nhà sản xuất công bố là 2,3 bar ứng với nhiệt độ 25^oC (1bar = 10⁵Pa). Khi xe chạy nhanh, lốp xe nóng lên làm cho nhiệt độ không khí trong lốp tăng lên tới 50^oC. Tính áp suất của không khí trong lốp xe lúc này.

(Coi gần đúng thể tích của lốp xe không đổi trong suốt quá trình nóng lên).

Giải nhanh:

Vận dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng khi thể tích không đổi, ta có:

  → → p₂ = 2,5 (bar)

Vận dụng: Hình 7.4 là hình ảnh một bình xịt côn trùng. Vì sao người ra đưa ra khuyến cáo “Không được ném bình vào lửa ngay cả khi đã dùng hết”?

Giải nhanh:

Trong  phương trình trạng thái khí lý tưởng, khi thể tích không đổi, áp suất và nhiệt độ tỷ lệ thuận với nhau theo biểu thức:

Do đó, khi ném bình vào lửa, nhiệt độ tăng làm cho áp suất bên trong bình tăng. Khi áp suất tăng đến một mức nhất định sẽ gây cháy nổ, ảnh hưởng đến sức khỏe của con người.

BÀI TẬP

1. Người ta nén 10 lít khí ở nhiệt độ 27^oC, áp suất 1 atm để thể tích của khí chỉ còn 4 lít. Vì nén nhanh nên khí bị nóng lên đến 60^oC. Áp suất khối khí sau khi nén là:

A. 2,78 atm            B. 2,25 atm            C. 5,56 atm            D. 1,13 atm

Giải nhanh:

Do lượng khí là không đổi, áp dụng phương trình trạng thái của khí lí tưởng:

→ p₂ = = = 2,775 (atm)

Đáp án A.

2. Sử dụng một cái bơm để bơm không khí vào quả bóng đá có bán kính khi bơm căng là 11 cm. Mỗi lần bơm đưa được 0,32 lít khí ở điều kiện 1 atm vào bóng. Giả thiết rằng quả bóng trước khi bơm không có không khí và nhiệt độ không đổi trong quá trình bơm. Hỏi sau 35 lần bơm thì áp suất khí trong bóng là bao nhiêu?

Giải nhanh:

Thể tích không khí trong bóng sau 35 lần bơm là: V₁ = 0,32.35 = 11,2 (lít)

Khi bơm hết lượng khí vào bóng làm cho bóng căng lên, lượng khí bơm vào sẽ có thể tích của quả bóng.

Thể tích của bóng khi căng là: V₂ == 5,58 (lít)

Vì nhiệt độ không đổi, áp dụng định luật Boyle, ta có:

p₁V₁ = p₂V₂ → p₂ =

3. Giác hơi là một kỹ thuật chữa bệnh trong đông y để điều trị các bệnh do nguyên nhân hàn (lạnh) gây ra như: đau bụng, lưng, vai, gáy, cổ,...Trong giác hơi khô (Hình 7P.1), không khí bên trong những chiếc cốc thủy tinh được đốt nóng bằng que lửa, sau đó úp nhanh cốc lên vùng đau của người bệnh. Theo quan điểm của đông y, giác hơi giúp thải các độc tố tích tụ dưới lỗ chân lông ra khỏi cơ thể. Giải thích tại sao vùng da bên trong các cốc lại bị lổi lên, từ đó có thể giải phóng các độc tố khỏi cơ thể, làm người bệnh giảm đau và đỡ mỏi hơn.

Giải nhanh:

Khi úp cốc thủy tinh nóng lên da, không khí bên trong cốc bị nung nóng và nở ra tạo ra áp suất cao trong cốc. Áp suất này làm cho da bị kéo căng và lỗ chân lông mở rộng. Đồng thời, mao mạch máu dưới da bị vỡ do áp suất cao, dẫn đến hiện tượng da bị lổi lên.